Công Cụ Tính Entanpi Liên Kết

Kết quả

Ước tính thô cho phản ứng pha khí: năng lượng liên kết trung bình bỏ qua môi trường xung quanh của mỗi liên kết, nên có thể lệch vài chục kJ/mol so với phép tính từ entanpi tạo thành.

Cách Sử Dụng Công Cụ Tính Entanpi Liên Kết

1. 1. Vẽ công thức cấu tạo. Viết công thức Lewis của mọi chất phản ứng và sản phẩm để bạn thấy được từng liên kết. Công cụ không tự đoán cấu trúc từ công thức phân tử, vì cùng một công thức có thể chứa những liên kết khác nhau.
2. 2. Liệt kê các liên kết bị phá vỡ và được hình thành. Nhập chúng vào hai ô — 4 C–H, 2 O=O — và đếm một liên kết cho mỗi phân tử trong phương trình đã cân bằng. Dùng - cho liên kết đơn, = cho liên kết đôi và ≡ cho liên kết ba. Bạn cũng có thể nhấn “+ bị phá vỡ” hoặc “+ được hình thành” trong bảng, hoặc chọn một trong các phản ứng ví dụ.
3. 3. Kiểm tra danh sách. Liên kết nào không có trong bảng sẽ được đánh dấu bằng tên. Những liên kết xuất hiện không đổi ở cả hai vế có thể bỏ qua: chúng triệt tiêu nhau.
4. 4. Đọc ΔH. Đáp số là Σ bị phá vỡ − Σ được hình thành, với cả hai tổng, tổng phụ của từng liên kết và cách tính. ΔH âm nghĩa là phản ứng tỏa nhiệt.

Phương Pháp

Phá vỡ một liên kết hấp thụ năng lượng, còn hình thành một liên kết thì giải phóng năng lượng. Nếu các liên kết bạn phá vỡ ở chất phản ứng tốn nhiều năng lượng hơn số năng lượng mà các liên kết được tạo ra ở sản phẩm trả lại, thì phản ứng nói chung hấp thụ nhiệt. Viết thành phương trình, với D là năng lượng liên kết trung bình:

ΔH ≈ Σ D(liên kết bị phá vỡ) − Σ D(liên kết được hình thành)

ΔH < 0: tỏa nhiệt.  ΔH > 0: thu nhiệt.

kJ trên một mol phản ứng theo đúng phương trình đã viết; 1 kcal = 4,184 kJ

Quy ước dấu là điều khiến nhiều người bất ngờ: năng lượng liên kết là các số dương, và tổng của các sản phẩm được trừ đi. Đừng viết ΔH = Σ sản phẩm − Σ chất phản ứng ở đây, vì đó là quy tắc dành cho entanpi tạo thành. Hãy dùng công thức khớp với dữ liệu bạn đang có, và không trộn lẫn hai cách trong cùng một phép tính.

Ví Dụ Minh Họa: Đốt Cháy Metan

Với CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g), metan có bốn liên kết C–H, mỗi O₂ có một liên kết O=O, carbon dioxide có hai liên kết C=O và mỗi phân tử nước có hai liên kết O–H. Với các giá trị trung bình trong bảng:

• Bị phá vỡ: 4 × 415 (C–H) + 2 × 498 (O=O) = 1.660 + 996 = 2.656 kJ
• Được hình thành: 2 × 741 (C=O) + 4 × 464 (O–H) = 1.482 + 1.856 = 3.338 kJ
• ΔH ≈ 2.656 − 3.338 = −682 kJ trên một mol CH₄ bị đốt cháy

Vì Sao Kết Quả Khác Với Kết Quả Theo Entanpi Tạo Thành

• Năng lượng liên kết là một giá trị trung bình. Liên kết C–H trong metan không giống liên kết C–H trong ethanol hay benzen. Bảng đưa ra một giá trị lấy trung bình trên nhiều hợp chất, nên mỗi phân tử đều lệch đôi chút. Giá trị C=O 741 kJ/mol trong bảng phù hợp với aldehyde và ketone, còn các liên kết C=O của CO₂, khoảng 799 kJ/mol, mạnh hơn. Chính sự khác biệt đó giải thích phần lớn chênh lệch trong ví dụ trên.
• Chỉ mô tả chất khí. Năng lượng liên kết ứng với từng phân tử riêng lẻ ở thể khí, nên đáp số là ΔH ở pha khí. Nếu một sản phẩm là nước lỏng, bạn phải cộng entanpi ngưng tụ, khoảng −44,0 kJ cho mỗi mol H₂O (285,8 − 241,8 từ các giá trị tạo thành CRC).
• Nó không tính được sự phi định vị electron hay độ căng. Cộng hưởng trong benzen hoặc carbonate, độ căng vòng và liên kết hydro làm cho phân tử thực tế bền hơn hoặc kém bền hơn so với tổng các liên kết của nó gợi ý.
• Entanpi tạo thành được đo cho các hợp chất thực tế. ΔH°_rxn = ΣΔH°_f(sản phẩm) − ΣΔH°_f(chất phản ứng) dùng các giá trị thực, đã lập bảng ở 298 K, nên đây là đáp án tốt hơn bất cứ khi nào có dữ liệu. Hãy dùng năng lượng liên kết khi không có dữ liệu, hoặc để xem liên kết nào thúc đẩy sự thay đổi năng lượng. Enthalpy of Reaction Calculator thực hiện cách tính theo entanpi tạo thành.

Câu Hỏi Thường Gặp

Làm thế nào để tính ΔH bằng entanpi liên kết?

Cộng năng lượng cần để phá vỡ mọi liên kết ở chất phản ứng, cộng năng lượng giải phóng khi hình thành mọi liên kết ở sản phẩm, rồi trừ: ΔH ≈ Σ D(bị phá vỡ) − Σ D(được hình thành). Đếm mỗi liên kết một lần cho mỗi phân tử trong phương trình đã cân bằng. Với H₂ + Cl₂ → 2 HCl, đó là (436 + 243) − 2(432) = −185 kJ.

Vì sao phá vỡ liên kết là thu nhiệt còn hình thành liên kết là tỏa nhiệt?

Các nguyên tử trong một liên kết nằm ở mức năng lượng thấp hơn so với khi chúng tách rời, nên tách chúng ra cần năng lượng, còn khi chúng liên kết lại thì năng lượng đó được trả về. Cùng một lượng năng lượng tham gia theo mỗi chiều, đó là lý do năng lượng liên kết được ghi là số dương khi phá vỡ.

Vì sao đáp số theo năng lượng liên kết không khớp với đáp số theo entanpi tạo thành?

Năng lượng liên kết là giá trị trung bình cho các liên kết ở pha khí, nên chúng bỏ qua môi trường riêng của từng phân tử, và không tính được chất lỏng, cộng hưởng hay độ căng. Chênh lệch vài chục kJ/mol là bình thường. Khi có dữ liệu, hãy coi kết quả theo entanpi tạo thành là chính xác hơn.

Tôi có cần liệt kê mọi liên kết trong phân tử không?

Chỉ những liên kết thay đổi. Các liên kết giống hệt nhau ở chất phản ứng và sản phẩm xuất hiện trong cả hai tổng và triệt tiêu nhau. Với C₂H₄ + H₂ → C₂H₆, bạn chỉ cần liệt kê C=C và H–H bị phá vỡ, còn C–C và hai C–H được hình thành; đáp số −128 kJ giống như khi đếm mọi liên kết.

Làm thế nào để đếm liên kết đôi như O=O hoặc C=C?

Liên kết đôi là một liên kết với năng lượng riêng, lớn hơn, nên hãy nhập nó như một mục duy nhất: O=O là 498 kJ/mol, chứ không phải hai liên kết O–O. Liên kết ba cũng vậy: N≡N là 946 kJ/mol.

Tôi có thể dùng entanpi liên kết cho phản ứng có chất lỏng hoặc chất rắn không?

Chỉ sau khi đưa mọi chất về dạng khí. Thêm entanpi bay hơi hoặc thăng hoa cho mỗi chất không ở thể khí, và xem kết quả với sự thận trọng hơn. Với phản ứng trong dung dịch, entanpi tạo thành hoặc phép đo nhiệt lượng là cách đáng tin hơn.